센서에 대해 기초적인 것을 알아보고 공부한 내용을 정리하는 글
목차
센서(Sensor)
1. 스마트 자동차 센서
자동차 센서 : 주행상태 감시, 충돌방지 등을 위해 자동차에 부착되는 센서
자동차 센서
- 최신 자동차에는 300여개의 센서가 부착되어 있음
- 전기차를 포함한 자율주행 스마트카 개발에 핵심 부품임
- 자동차에서 센서를 포함한 IT및 전기부품 사용이 증가
1.1. TPMS(Tire Pressure Monitoring system)
타이어 공기압 경보 센서 시스템
◆ 타이어공기압 모니터링 시스템
• 자동차 사고를 사전에 방지, 타이어 펑크 방지, 공기누출 방지
• 연비향상, 타이어 수명향상, 제동력 향상
• 압력센서, 온도센서, 무선송수신기, 배터리등으로 구성됨
1.2. ADAS(Advanced driver assistance system)
충돌위험 시 알려주거나 긴급 제동하는 기능
- 사망사고를 예방할 수 있음
- 레이더, 입체 촬영카메라, 적외선거리측정센서
- 기상 악천후등 환경에 의해 센서정밀도가 떨어질 수 있음
- 차량끼리 서로 통신하여 데이터를 교환하는 방식으로 발전 중
1.3. 주행보조센서
주차조향, 차선이탈, 졸음방지 등
- 초음파 센서를 통해 주차 및 출차가 가능(평행주차, 직각주차)
- LDWS(Lane Departure Warning System) : 차선이탈경보시스템
- LKAS(Lane Keeping Assist System) : 차선유지시스템
- 졸음운전방지시스템 : 카메라센서를 이용하여 얼굴 졸음수준 인식
1.4. 자율 주행
자율주행단계 : 5단계로 구분
- 2021년초 글로벌 완성차 업체 : 현재 4단계 수준
- 자율주행 핵심요소: 센서, 프로세서, 알고리즘, 구동기 등
- 센서를 통해 주변 환경에 대한 데이터를 수집 후 프로세서가 처리
- 레이더, 초음파, 카메라등 센서기반의 안전기술 개발이 중
2. 보안센서
보안 센서 : 가스폭발, 침입, 절도, 테러, 화재 등을 방지하기 위한 보안용 센서
재해방지, 방범, 접근통제, 테러방지, 안전 등등
2.1. 화재 감지 센서 종류
- 연기감지 센서: 이온화식, 광학식으로 구분
- 열감지 센서: 서미스터이용, 광섬유 레이저 이용
- 불꽃감지센서: UV 불꽃 검출기, IR불꽃 검출기등
2.2. 연기감지센서
화재 초기 발생하는 연기를 조기에 감지하여 사람들이 안전한 장소로 대피를 유도
- 이온화식 연기감지 센서: 연기의 유무에 따라 이온전류 차이 이용
- 광학식 연기감지 센서 : 연기입자에 의해 산란되는 빛을 측정
- 이온식이 눈에 보이지 않는 작은 연기입자 측정하고 광학식은 눈에 보이는 큰 연기입자 측정
2.3. 불꽃 감지센서
초기 발화시 불꽃으로부터 나오는 적외선 또는 자외선을 검출하여 경보 발생
불꽃 감지기 특징
- 화원을 순간적으로 검출하기 때문에 매우 빠름, 비교적 고가 센서
- 불꽃을 수반하지 않는 화재에는 반응하지 않음
- 화학공장의 보호, 화재위험이 높은지역, 특별한 경우에 제한적사용
2.4. 열 감지 센서
주위 온도를 측정하여 화재를 감지
서미스터 열 감지기
- 한쌍의 서미스터를 사용하여 하나는 공기중에 노출 , 하나는 봉지
- 화재발생시 두서미스터 사이에 불평등을 이용하여 감지
광섬유 레이저 열 감지기
- 비탄성 산란빛(라만 광)에 기반을 두어 화재감지
- 온도 변화에 따라 라만 산란 진폭을 측정하여 화재경보 발생
2.5. 가스 센서
일정 농도 이상의 가스가 누출될 때 이를 감지하여 즉시 경보를 발생
다양한 검출 방식으로 가스의 존재 유무를 판단 (전기화학 방식, 열전도율 등)
4. 생체 인식 샌서
생체인식 : 신체특성 또는 행위특성을 자동적으로 측정하여 신원을 파악
생체인식 센서 특징
- 개인인증 수단으로 사용할 수 있음
- 지문, 홍채,음성, 얼굴 등을 이용함
- FRR (False Rejection Ratio): 본인이 거부당할 확률
- FAR(False Acceptance Ratio) : 타인이 승인받을 확률
4.1. 지문인식센서
지문인식 : 지문특성을 전자적으로 읽어 미리 입력된 데이터와 비교하여 본인여부 판별
지문위조를 방지 할 수 있는 기술개발이 필요함
지문인식 방법
- 정전식 : 대전되는 전하량의 차이로 지문영상 취득, 습기취약
- 광학식 : 광원을 이용하여 지문의 영상 획득, 가장 많이 사용, 습기취약
- 초음파식 : 초음파 이용하여 지문의 높낮이측정, 정확하지만 고가임
4.2. 홍채 인식 센서
홍채-망막 인식 : 사람의 눈을 이용하여 인식
주요특징
- 사람마다 고유한 패턴, 안경-렌즈 착용해도 판별가
- 처리속도 빠름
- 인식오류 매우 낮음
- 홍체인식 : 홍채 패턴을 256 바이트로 코드화
- 망막인식 : 안구의 제일 뒷부분에 위차한 망막의 모세혈관 분포 측정
- 인식과정 : 홍채이미지획득→코드생성→홍채인식→판별
4.3. 얼굴 인식 센서
얼굴인식 : 눈, 눈썹, 코, 입술, 턱, 얼굴 특징의 위치와 모양으로 판별
얼굴인식 센서 특징
- 비접촉식 방법, 카메라 이용, 가격이 저렴, 차세대 생체 인식 기술
- 조명, 표정변화에 민감, 변장 및 모자착용등은 인식률이 저하됨
- 인식과정 : 얼굴검출→얼굴인식 두단계로 이뤄짐(간담함)
4.3. 음성 인식 센서
음성인식 : 음향학적 신호를 단어나 문장으로 변환하고 인식하는 과정
음성인식알고리즘 : NN, HMM 두가지 기법이 있음
- NN 기법:인식시키려는 음소/음절/단어 특징 전체에 대한 인식 학습
- HMM 기법 : 모델의 파라미터를 추정한 다음 추정된 파라미터를 이용하여 미지의 입력 음성에 가장 적합한 모델을 찾아내게 되는 것
5. 바이오 센서
바이오센서 : 생물학적 요소와 물리화학적 탐지기를 결합한 분석을 위한 장치
바이오센서의 특징
• 생물이 본래 가지고 있는 기능이나 성징을 이용하여 물질을 탐지
• 사람의 체온,혈당,심전도,혈압을 wearable device로 측정/분석
• 생물학적 신호를 탐지하여, 초기에 인체의 이상징후와 병을 진단
5.1. 혈당 측정 센서
혈당측정 : 당뇨병 환자들의 혈당관리를 위해 혈당을 주기적으로 측정
혈당측정방법 : 채혈 방식, 무채혈 방식
- 채혈 방식 : 손가락 끝에서 작은 양의 피 샘플을 체취하여 혈당 측정기로 분석 후 수치적으로 나타냄
- 무채혈 방식 : 채혈 없이 혈당측정(광학적, 전기생리학적, 호흡, 센서삽입법)
- 최근에는 wearable device에서 연속적으로 측정하여 관리
5.2. 심전도 측정 센서
심전도측정 : 심장근육에 의해 발생되는 신체 내에 전류를 측정하여 심장의 건강상태를 감지
- 병원 심전도 측정 장비 : 고가의 의료장비, 정밀 측정-분석-기록
- 스마트 워치 : 심전도 및 부정맥 알람, 스마트폰과연동 누적기록
- 피부부착형 바이오센서 : 온도센서와 스트레인게이지를 탑재하여 신체의 변화를 실시간으로 정확하게 모니터링
5.3. 혈압 측정 센서
혈압 측정 : 혈액이 수축-이완 했을 때 혈관을 미는 힘을 측정
혈압측정기 : 침습법과 비침습법으로 구분
- 침습법 : 센서를 혈관에 삽입하여 측정, 정밀측정가능
- 비침습법 : 청음법, 오실로메트릭법, 초음파 도플러법, 맵전파속도법
- 스마트혈압측정센서 : 패치형태로 가슴에 붙이는 방식(개발중)
5.4. 체지방 측정 센서
체지방 측정 : 체중에서 체지방이 차지하는 비율을 백분율로 측정
체지방측정기 : 지방이 전기를 통과시키지 못하고 전기 저항이 높은 특성을 이용
- 수중 체중법 : 높은신뢰성, 물속 체중과 물밖 체중을 비교하여 계산
- 생체전기임피던스법(BIA) : 전기를 이용하여 전도성에 따라 측정, 인체구조가 복잡한 만큼 보정 알고리즘을 적용하여 정밀도를 높임
5.5. 캡슐 내시경
알약 형태의 내시경 장비를 삼켜 몸 속을 관찰
기존내시경과 달리 환자에게 공포와 고통을 주지 않는 장점
- 캡슐-수신장치-진단장치로 구성됨
- 현재는 기술적 한계로 인하여 의료용 사용하는 사례가 거의 없음
- 캡슐의 소형화, 제어용이성, 배터리문제 등 기술적 난제를 극복중
마무리
다양한 종류의 센서를 알아보았고 실제로 센서를 사용할 때
어떤 센서를 필요로 할 지 판단한 후 활용하는 것이 중요하다고 판단
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